即使断电也能保留信息的非易失性存储器主要用于计算机、平板电脑、笔驱动器和许多其他电子设备。在现有的各种技术中，目前仅用于特定应用的磁阻随机存取存储器（MRAM）有望在未来十年在市场上大幅扩展。





基于自旋电子学机制的最新MRAM，即与自旋相关的现象，自旋是电子和其他粒子的固有特性，可以提供更快的操作、更低的功耗和更长的保留时间，在可穿戴设备、汽车行业和物联网等领域具有潜在的应用。





在这种情况下，石墨烯和其他2D材料可能会起到破坏性的作用，它们的厚度与一个或几个原子层一样薄。事实上，它们独特而显著的特性可以为当前的技术挑战和性能限制提供解决方案，从而阻止MRAM的进一步有效部署；因此，它们可以对下一代自旋电子器件的设计产生重大影响。





上周在《自然》杂志上发表的一篇前瞻性文章介绍了将2D材料引入基于自旋的存储技术所带来的预期增强和新机遇。这项工作由巴塞罗那大学（UAB）校区的加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所（ICN2）和新加坡国立大学领导，概述了该领域的最新技术以及目前在开发非易失性存储器方面面临的挑战，使用自旋传递转矩（STT）和自旋轨道转矩（SOT）等自旋电子学机制的。作者讨论了二维材料在这些技术中的协同集成所带来的优势，给出了已经取得的进步的全景，以及进一步研究可以取得的许多进展的前景。还追踪了下一个十年可能取得进展的时间表。





ICN2小组负责人、石墨烯旗舰工作包负责人斯蒂芬·罗什（StephanRoche）教授评论道：“正如论文中彻底讨论的那样，2D材料的基本特性，如原子平滑的界面、减少的材料混合、晶体对称性和邻近效应，是基于自旋的MRAM可能出现的破坏性改进的驱动因素。这些是实现低功耗技术的关键，预计将在从嵌入式内存到物联网的大型市场上推广。”





这项研究由ICN2小组负责人、ICREA教授Stephan Roche教授和Sergio O.Valenzuela教授以及新加坡国立大学的Hyunsoo Yang教授协调。该项目由石墨烯旗舰项目财团的多个成员合作完成，包括法国国家科学研究中心（CNRS）、Imec（比利时）、泰雷兹研究与技术（法国）和法国原子能委员会（CEA）的多个研究所，以及三星电子（韩国）和全球铸造厂（新加坡）等关键行业，它们带来了未来市场整合的愿景。





石墨烯旗舰公司总监Jari Kinaret教授表示，看到自旋电子学工作包和在Imec环境下开展的技术活动以及SME（Singulus Technologies，GRAPHENEA）取得的科学成果令人印象深刻，这为未来对市场应用的影响铺平了道路。要充分发挥2D材料在现实生活中的应用潜力，仍有许多挑战需要克服，但预期的工业和经济效益非常高。





欧盟委员会为支持石墨烯旗舰活动所做的资助努力，可以使欧洲在十年的时间尺度内处于自旋电子技术创新的领先地位。